Натрий-кальциевый обменник

обменник натрия-кальция (часто обозначается обменник Na / Ca, обменный белок или NCX ) представляет собой антипортер мембранный белок, который удаляет кальций из клеток. Он использует энергию, которая хранится в электрохимическом градиенте натрия (Na), позволяя Na течь вниз по его градиенту через плазматическую мембрану в обмен на встречный перенос кальция. ионы (Са). Один ион кальция экспортируется за импорт трех ионов натрия. Обменник существует во многих различных типах клеток и видах животных. NCX считается одним из наиболее важных клеточных механизмов удаления Ca.

Обменник обычно находится в плазматических мембранах, митохондриях и эндоплазматическом ретикулуме возбудимых клеток.

• 1 Функция
• 2 Обратимость
  • 2.1 Обмен Na / Ca в сердечном потенциале
• 3 Структура
• 4 История
• 5 См. Также
• 6 Ссылки
• 7 Внешние ссылки

Натрий-кальциевый обменник - это только одна из систем, с помощью которых цитоплазматическая концентрация ионов кальция в клетке поддерживается на низком уровне. Обменник не очень прочно связывается с Са (имеет низкое сродство), но он может быстро транспортировать ионы (имеет высокую емкость), транспортируя до пяти тысяч ионов Са в секунду. Следовательно, для его эффективности требуются большие концентрации Са, но он полезен для избавления клетки от большого количества Са за короткое время, как это необходимо в нейроне после потенциала действия. Таким образом, обменник также, вероятно, играет важную роль в восстановлении нормальной концентрации кальция в клетке после эксайтотоксического воздействия. Такой первичный переносчик ионов кальция присутствует в плазматической мембране большинства клеток животных. Другой, более распространенный трансмембранный насос, который экспортирует кальций из клетки, - это Са-АТФаза плазматической мембраны (PMCA), которая имеет гораздо более высокое сродство, но гораздо более низкое вместимость. Поскольку PMCA способен эффективно связываться с Ca, даже когда его концентрации довольно низкие, он лучше подходит для задачи поддержания очень низких концентраций кальция, которые обычно присутствуют в клетке. Обменник Na / Ca дополняет Са-АТФазу с высоким сродством и низкой емкостью, и вместе они участвуют во множестве клеточных функций, включая:

• контроль нейросекреции
• активности фоторецепторных клеток
• расслабление сердечной мышцы
• поддержание концентрации Са в саркоплазматическом ретикулуме в сердечных клетках
• поддержание концентрации Са в эндоплазматическом ретикулуме как возбудимых, так и невозбудимых клеток
• возбуждение-сокращение связывание
• поддержание низкой концентрации Са в митохондриях

Обменник также участвует в нарушении сердечной электрической проводимости, известном как , отсроченном после деполяризации. Считается, что внутриклеточное накопление Са вызывает активацию обменника Na / Ca. Результатом является кратковременный приток чистого положительного заряда (вспомните 3 Na на входе, 1 Ca на выходе), вызывая деполяризацию клеток. Эта аномальная клеточная деполяризация может привести к сердечной аритмии.

Поскольку транспорт является электрогенным (изменяет мембранный потенциал), деполяризация мембраны может изменить направление обменника, если клетка достаточно деполяризована, как это может происходить в эксайтотоксичности. Кроме того, как и в случае с другими транспортными белками, количество и направление транспорта зависят от градиентов трансмембранного субстрата. Этот факт может быть защитным, поскольку увеличение внутриклеточной концентрации Ca, которое происходит при эксайтотоксичности, может активировать обменник в прямом направлении даже в присутствии пониженной концентрации внеклеточного Na. Однако это также означает, что, когда внутриклеточные уровни Na ​​превышают критическую точку, NCX начинает импортировать Ca. NCX может работать как в прямом, так и в обратном направлении одновременно в разных областях ячейки, в зависимости от комбинированного воздействия градиентов Na и Ca. Этот эффект может продлить переходные процессы кальция после всплесков активности нейронов, тем самым влияя на обработку нейронной информации.

Обменник Na / Ca в потенциале сердечного действия

Способность обменника Na / Ca изменять направление потока проявляется во время потенциала сердечного действия. Из-за деликатной роли, которую Са играет в сокращении сердечных мышц, клеточная концентрация Са тщательно контролируется. Во время потенциала покоя обменник Na / Ca использует преимущества большого внеклеточного градиента концентрации Na +, чтобы помочь выкачивать Ca из клетки. Фактически, обменник Na / Ca большую часть времени находится в положении оттока кальция. Однако во время подъема потенциала сердечного действия происходит большой приток ионов Na. Это деполяризует клетку и сдвигает мембранный потенциал в положительном направлении. Результатом является большое увеличение внутриклеточного [Na]. Это вызывает реверсирование обменника Na / Ca, чтобы выкачать ионы Na из ячейки, а ионы Ca - в ячейку. Однако это реверсирование теплообменника длится лишь кратковременно из-за внутреннего повышения [Ca] в результате притока Са через кальциевый канал L-типа, и теплообменник возвращается в свое прямое направление

В то время как теплообменник обычно работает в положении отвода Са (за исключением ранней стадии потенциала действия), определенные условия могут ненормально переключить теплообменник на обратное (приток Са, Выход Na) положение. Ниже перечислены несколько клеточных и фармацевтических состояний, при которых это происходит.

• Внутренний [Na] выше, чем обычно (например, когда препараты гликозида наперстянки блокируют насос Na / K-АТФазы).
• саркоплазматический ретикулум высвобождение Са ингибируется.
• Другие каналы притока Са ингибируются.
• Если продолжительность потенциала действия увеличена.

На основании прогнозов вторичной структуры и гидрофобности, NCX изначально предполагал наличие 9 трансмембранных спиралей. Предполагается, что это семейство возникло в результате события дупликации гена из-за очевидной псевдосимметрии в первичной последовательности трансмембранного домена. Между псевдосимметричными половинками вставлена ​​цитоплазматическая петля, содержащая регуляторные домены. Эти регуляторные домены имеют структуру, подобную домену C2, и отвечают за регуляцию кальция. Недавно структура ортолога архей NCX была определена с помощью рентгеновской кристаллографии. Это ясно иллюстрирует димерный транспортер 10 трансмембранных спиралей с ромбовидным сайтом для связывания субстрата. На основе структуры и структурной симметрии была предложена модель чередования доступа с ионной конкуренцией на активном центре. Структуры трех родственных протон-кальциевых обменников (CAX) были определены из дрожжей и бактерий. Хотя структурно и функционально гомологичны, эти структуры иллюстрируют новые олигомерные структуры, связывание с субстратами и регуляцию.

В 1968 году H Reuter и N. Seitz опубликовали результаты, которые когда Na удаляется из среды, окружающей клетку, отток Са ингибируется, и они предположили, что может существовать механизм обмена двумя ионами. В 1969 году группа под руководством П.Ф. Бейкера, которая экспериментировала с аксонами кальмаров, опубликовала открытие, в котором предполагалось, что существует другой способ выхода Na из клеток, кроме натрий-калиевого насоса. Наперстянка, более известная как наперстянка, как известно, сильно влияет на Na / K-АТФазу, в конечном итоге вызывая более сильное сокращение сердца. Растение содержит соединения, которые подавляют натрий-калиевый насос, который снижает электрохимический градиент натрия. Это делает выкачивание кальция из клетки менее эффективным, что приводит к более сильному сокращению сердца. Людям со слабым сердцем иногда предлагают перекачивать сердце с большей сократительной силой. Однако он также может вызвать гипертонию, поскольку увеличивает сократительную силу сердца.

• Активный транспорт
• Сердечный потенциал действия
• Калий-зависимый натрий-кальциевый обменник

• Натрий-кальций + обменник в Национальной медицинской библиотеке США Медицинские предметные рубрики (MeSH)
• Диаграмма на cvphysiology.com
• Klabunde, RE. 2007. Концепции физиологии сердечно-сосудистой системы: обмен кальция.